107硅橡胶硫化体系

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1、胶层厚度对端羟基聚硅氧烷水解缩合反应的影响韩雁明，王文超，张军营材料科学与工程学院，北京化工大学，北京100029关键词：端羟基聚硅氧烷水解缩合胶层厚度多年以来，端羟基聚二甲基硅氧烷组成的常温湿固化单组份体系，工艺简单，且具有热稳定性好、耐老化、玻璃化温度低、透气性高、介电性优良、生物相容性好和表面能低等特点，在粘合剂、涂料、生物材料、隔离剂、耐高低温等领域[1]获得了广泛的应用。本文设计了一种封闭充气固化装置，考察端羟基聚硅氧烷胶层厚度对其固化速度的影响，描述了固化模式，认为湿气的扩散是反应的促进因素，氧气的扩散是反应的阻碍因素，不同胶层厚度下这两种

2、因素的强弱也不同，而固化速度的快慢正是这两种因素综合作用的结果。实验选用双官能度端羟基聚硅氧烷HO(SiMe2O)440OH，固化剂分别使用辛酸亚锡C16H30O4Sn，二月桂酸二丁基锡[CH3(CH2)10COO]2Sn[(CH2)3CH3]2，正硅酸乙酯TEOS，γ-氨丙基三乙氧基硅烷WD-50。固化反应在自制的封闭充气固化装置内进行，其结构见图1，为上下可开玻璃器皿，接合部为玻璃磨口，内置水源，保证湿度恒定，两侧接口用于抽气与充气，固化过程中接口封闭，装置内可保持氮气环境或氧气环境。Fig.1structureofcureequipment膜层固

3、化速度以表干时间衡量，表干时间按GBl728进行测试，在膜层表面放置脱脂棉球，棉球上放置干燥试验器，20秒后移开棉球和干燥试验器，5分钟后观察膜层有无棉球痕迹及失光现象。膜层上若留有1～2根棉丝，用棉球能轻轻掸掉，均认为膜层为固化。固化剂使用TEOS，WD-50和辛酸亚锡，在一定湿度下空气气氛中，涂不同厚度的膜层，测试其表干时间，结果见图2。2018in16m/e14time12re-fkc10ta80.51.01.52.02.53.03.5layerthickness/mmFig.2relationshipbetweenlayerthicknessa

4、ndtack-freetime固化剂使用正硅酸乙酯，WD-50，二月桂酸二丁基锡，在相同湿度与膜层厚度下，分别使用氧气气氛与氮气气氛，测试其表干时间，结果见图3。24cureinoxygen22cureinnitrogenin20m/e18imet16er-f14tack12100.060.080.100.120.14WD-50/gFig.3tack-freetimeindifferentambiences,usingWD-50ascuringreagent由图2可看出膜层的表干时间随膜层的厚度发生有规律的变化。膜层逐渐变薄时，固化速度首先增快；在某一

5、厚度下，表干时间最小，固化速度达到最大值；膜层继续变薄时，固化速度则减慢；当小于某一厚度时膜层不固化。端羟基聚硅氧烷的水解缩合机理如下式：CH3CH3CH3CH3SiSiSiOHHOSiCH3CH3CH3EtOOEtCH3catalystOOSiSi+4EtOHCH3EtOOEtCH3HOOO2CHCH33SiOHHOSiSiSiCH3CH3CH3CH3从式中可得，H2O是固化反应的必要条件，而膜层厚度则会影响H2O分子的扩散进程，减小膜层厚度时H2O分子易于扩散，因而使固化速度加快。在反应中催化剂有重要的作用，在含锡物质如辛酸亚锡或二月桂酸二丁基锡作

6、用下，聚硅氧烷端羟基中的氧可与锡形成复合键，造成羟基氧上的电子云密度下降，从而使羟基氢变得十分活泼，易于发生缩合反应，如下式所示：CH3CH3HRSn+HOSiOSiCH3RSnCH3但是在O2的作用下，含锡物质的催化效果会被减弱。如图3所示，在氧气气氛中的表干时间要比在氮气气氛中的长，O2对固化会有阻碍作用。因此，在端羟基聚硅氧烷水解缩合进程中，H2O分子的扩散是反应的促进因素，而O2分子的扩散是反应的阻碍因素。膜层厚度对反应有很大影响，膜层厚度不但作用于H2O分子扩散，会影响反应的推动力，而且作用于O2分子扩散，也会影响反应的阻碍力，膜层的固化速度

7、则表现为这两种正反因素综合作用的结果。当膜层较厚时，膜层对H2O分子的阻碍成为主要因素；当膜层较薄时，膜层对O2分子的透过成为主要因素；而当这两种因素达到平衡时，固化速度最快。在使用过程中以此为指导有助于确定最佳膜层厚度。参考文献：[1]幸松民,王一璐.有机硅合成工艺及产品应用[M].化学工业出版社.2000:1InfluenceoflayerthicknesstothehydrolysisandcondensationofhydroxyterminatedpolymethylsiloxaneJunyingZhang,YanmingHan,Wencha

8、oWangCollegeofmaterialscienceandengineering,Bei